多重串聯型逆變器在電動汽車中的應用

設單元逆變器的狀態函數

fi=

以A相為例，假設A相由m個單元逆變器串聯組成，中性點電壓恒定，則A相輸出電壓為

vaN=fiVi

式中：Vi為第i單元逆變器蓄電池電壓。

對于三相n重串聯型逆變橋，由以上分析可知，每單相可輸出2n種電壓，則三相可組合出的空間電壓矢量個數為8n3。考慮到輸出矢量必須維持中性點電壓的穩定，在靜態坐標系中可行的空間矢量種類數量為3（2n）(2n－1)＋1[3]。則對于三相二重串聯型逆變橋，可選擇空間矢量個數為37。

3.3 開關組合選擇

多重逆變橋開關組合的原理框圖如圖3所示。

圖 3 多 重 逆 變 橋 開 關 組 合 選 擇

由于多重逆變器存在開關冗余狀態，即對于同一個空間矢量，可通過多個開關組合實現，這是由于多重逆變器的特點決定的。由于開關組合不再唯一，為使每一開關器件工作頻率相等，在選擇空間矢量后，還需要進行開關頻率均衡控制，選擇合適的開關組合。

4 中性點的偏移

對于圖4所示的兩電平的三相逆變器，以N′的電壓為參考電壓，則UN′=，其中性點N的電壓是脈動的，脈動幅度為Ud/6，波形如圖5所示[3]。對于多重逆變器而言，其輸出的電平有多種，以二重逆變器為例，假設每單元逆變器直流側電壓為Ud，輸出的uUN′，uVN′，uWN′是階梯波，階梯波的電平分別為Ud，2Ud，如圖6所示。設uN=Ud，由

uNN′=(uUN′＋uVN′＋uWN′) （4）

可得 uNN′=0

圖4 三 相 電 壓 型 橋 式 電 路

圖5 中 性 點N的 電 壓 波 形

圖6二 重 逆 變 橋 輸 出 的 電 壓 波 形

可見，在二重逆變橋工作過程中，通過合適選擇輸出矢量，中性點N的電壓可以保持恒定。

5 蓄電池的均衡充放電

由于電動汽車的工況隨著駕駛情況的不同而改變，因此電機的電壓也是在隨時波動。對于多重逆變器而言，并不是所有電池都參與電流的提供。在低調制系數下，僅有少數電池貢獻電流。這部分電池相對其它電池而言，放電速度更快些。

為平衡電池的放電，有人提出采用交替導通的方法，均衡電池的放電[4]。這一方法用于兩重逆變器時，開關波形分配如圖7所示。

圖7兩 重 逆 變 器 采 用 交 替 導 通 的 方 法 均 衡 蓄 電 池 的 放 電

蓄電池充電和再生制動時，多重逆變器作為整流器工作。每單元逆變器當上橋臂或下橋臂全部導通時，該逆變器的蓄電池組則被旁路。設n個逆變橋串聯，i個逆變器被旁路，則輸出電壓為(n－i)Ud。通過旁路方式，可靈活的對蓄電池組充電，還可控制再生制動的力矩。

6 結語

多重串聯型逆變器適用于大功率的電動汽車驅動系統。采用多重串聯型結構，可降低多個蓄電池串聯帶來的危險，降低器件的開關應力和減少電磁輻射。但需要的電池數增加了2倍。

多重串聯型結構輸出電壓矢量種類大大增加，從而增強了控制的靈活性，提高了控制的精確性；同時降低電機中性點電壓的波動。為維持每組蓄電池電量的均衡，在運行時需要確保電池的放電時間一致。通過旁路方式，可靈活地對蓄電池組充電，還可控制再生制動的力矩。